[发明专利]生物传感器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及传感器检测技术领域，特别是涉及一种生物传感器及其制作方法。

背景技术

生物传感器是结合了生命科学、分析化学、材料学、信息科学技术和新兴的纳米科学技术的多种学科发展和交叉的产物。它能够对多种生命和化学物质进行快速分析和追踪，具有选择性高、分析速度快、灵敏度高、成本低、能在复杂的体系中进行在线监测甚至活体分析等特点。迄今己在临床诊断、食品分析、环境保护以及生物技术、生物芯片、仿生学等领域得到逐步推广与应用。

目前，电化学生物传感器电极的制备大多数都是利用金、铂、银、碳、玻碳等裸电极，然后再电极表面修饰酶或其他基团，实现对小分子化合物的检测，而这些方法中，由于许多生物分子如酶、蛋白质等具有导电性差等缺点，在成膜后使电子对的传递受到阻碍，电化学信号变弱，降低了电化学生物传感器的灵敏度和检出限。

在常规技术中，掺杂的金属氧化物材料(如铌掺杂的二氧化钛系等)制备通常采用固相法、液相法或者燃烧法合成。

固相法合成具有合成产品量大的优点，但也存在成相温度高，通常高于1000℃，在制备过程需要多次压片、磨碎，合成时间长，通常大于24小时。而且合成的产物颗粒大，颗粒大小难以均匀一致，并且掺杂效率不够理想。

液相法的优点是可以制备颗粒大小均匀可控的纳米粒子，但在掺杂纳米级金属氧化物的制备方面存在困难，掺杂元素常常不能进入金属氧化物晶格中，不能实现真正意义上的掺杂，只能是混合在一起，这类材料实际上是两种材料的混合，在XRD分析中能清楚看到二者各自的特征峰，混合材料表现出来的电化学性质是二者共同作用的结果。

燃烧法制备的铌掺杂二氧化钛颗粒粒径细小，属于纳米级颗粒，成相温度与液相法相接近。但该法最大不足在于使用的是易爆易燃的硝酸铵、硝酸甘油等原料，操作过程中尤其是燃烧时，如果实验条件控制不好，容易出现意外事故，对操作人员存在安全威胁，危险性较高。

因此，寻找一种既能在较温和的条件下合成，而且产物的性能指标能与燃烧法相当的合成方法有着重要的意义。

发明内容

基于此，本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种生物传感器，该传感器与金、铂、银、碳、玻碳等裸电极表面修饰酶的常规传感器相比，具有检测灵敏度高、检出限低的优点。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种生物传感器，包括电极，所述电极表面设有复合膜，所述复合膜中包括生物分子探针和导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒；

所述金属氧化物为具半导体性质的金属氧化物；

所述导电金属与金属氧化物摩尔百分比为0.5-10％。

本发明的生物传感器，利用金属氧化物纳米颗粒具有的独特属性，如比表面积较大，表面反应活性高，催化效率高，吸附能力强，电化学活性以及良好的生物兼容性等，有利于生物大分子在传感器电极上的固定，从而在电极表面制备一层与生物分子有很好兼容性的纳米级的金属氧化物材料复合膜，使该纳米级的金属氧化物材料既能作为导线连接在生物分子与电极之间，又能作为电子传递的媒介促进活性中心与电极表面的电子传递速率，增加了氧化还原物质在电极表面反应的可逆性，能够显著提高生物传感器的检测性能；并且，本发明还通过在金属氧化物纳米颗粒中掺杂导电金属，提高该复合膜的电子传递效率，增强氧化还原电化学信号，从而既能实现提高传感器灵敏度和降低检出限的目的，又能确保该复合膜与生物分子有很好的兼容性。

在其中一个实施例中，所述导电金属为铌、钒、钨、锰中的至少一种。上述导电金属能够较好的提高复合膜的电子传递效率。

在其中一个实施例中，所述金属氧化物为二氧化钛、氧化钒、氧化镍或氧化锰。上述金属氧化物既具有良好的半导体特性，又具有成本低、易得的优点。

在其中一个实施例中，所述电极为铜、或钨电极，或形成于玻璃基底上的ITO电极(即铟锡氧化物电极)。选用上述电极，避免了使用贵金属电极造成的高成本问题。

在其中一个实施例中，所述导电金属为铌、钒中的至少一种；所述金属氧化物为二氧化钛；所述导电金属与金属氧化物摩尔百分比为5-10％；所述导电金属掺杂的金属氧化物纳米颗粒的粒径为10-50nm；所述电极为形成于玻璃基底上的ITO电极。将铌、钒中的至少一种以上述摩尔百分比掺杂进二氧化钛中，并将纳米颗粒的粒径控制在10-50nm范围内在ITO电极上制备复合膜，能够达到最佳的配合，使得到的生物传感器具有非常高的灵敏度。

在其中一个实施例中，所述生物分子探针为葡萄糖氧化酶或DNA探针。可根据该生物传感器的检测目的，灵活设置所需的生物分子探针。